Atributos físicos e carbono orgânico em solo sob Cerrado convertido para pastagem e sistema misto

Physical attributes and organic carbon in soil under brazilian Savannah converted to pasture and mixed system

Historicamente, a pastagem sempre foi uma atividade econômica importante no Cerrado. Inicialmente, de forma extensiva, era desenvolvida após o corte e a queima da vegetação nativa. Nas décadas de 1970 e 1980, programas para melhoria das pastagens introduziu gramíneas exóticas e de pequena exigência nutricional, principalmente espécies do gênero Brachiaria, que potencializou o aumento da biomassa, a qualidade nutricional para os rebanhos e a conservação dos solos frágeis do Cerrado (MARTHA JÚNIOR; VILELA, 2002; BAYER et al., 2006; MAIA et al., 2009). Por ser reconhecido mundialmente como área de expansão da fronteira agrícola, o Cerrado é um mosaico que conjuga agricultura intensiva e pastagem, entremeados com fragmentos da vegetação nativa, sensivelmente ameaçados pelo rápido avanço da conversão, uma vez que apenas 2,85% da área total são unidades de conservação de proteção integral (MMA, 2014).

As pastagens cultivadas ocupam aproximadamente 150 milhões de hectares no Brasil dos quais o cerrado contribui com cerca de 56 milhões de hectares, ou seja, 37% do total (BUSTAMANTE et al., 2012), incrementadas pela introdução de cultivares de plantas forrageiras selecionadas e/ou melhoradas que resultaram em ganhos expressivos na taxa de lotação, no desempenho e na produtividade animal (BOIN, 1998). O manejo inadequado do sistema solo – planta e forrageira – animal, em pastejo, geralmente é o que pode determinar a degradação da pastagem (MARTHA JÚNIOR; CORSI, 2001). A redução da fertilidade do solo para índices inferiores aos encontrados sob vegetação nativa (LILIENFEIN et al., 2003) e o rápido declínio dos serviços ambientais do bioma são comumente observados (BRANNSTROM et al., 2008).

A compreensão e a quantificação do impacto do uso e manejo do solo na sua qualidade física são fundamentais no desenvolvimento de sistemas agrícolas sustentáveis (DEXTER; YOUNGS, 1992). A degradação física destes solos está relacionada com a redução nos teores de matéria orgânica (CARDOSO et al., 1992), resultando em menor retenção de água e estabilidade dos agregados do solo (COSTA; COELHO, 1990; COSTA et al., 1997). No Brasil, têm sido feitos alguns estudos avaliando as mudanças nas propriedades dos solos utilizando o solo sob mata como referência (SILVA; RIBEIRO, 1992; ARAÚJO et al., 1998; SANCHES et al., 1999; BORGES et al., 1999). A introdução de sistemas agrícolas em substituição às florestas causa um desequilíbrio no ecossistema, modificando as propriedades do solo (COSTA et al., 2008), cuja intensidade varia com as condições de clima, uso e manejos adotados e a natureza do solo. Com o uso intensivo dos solos, geralmente ocorre a deterioração das suas propriedades físicas (COOTE; RAMSEY, 1983). Modificações na densidade e na porosidade do solo podem variar consideravelmente, dependendo da textura, dos teores de matéria orgânica do solo e da freqüência de cultivo (HAJABBASI et al., 1997).

A pastagem degradada é reconhecidamente fonte de gases do efeito estufa e a mitigação dos efeitos por meio de sua recuperação exige elevados investimentos em adubação e fertilizantes, o que pode tornar a prática financeiramente impeditiva, além do que alguns insumos podem ser agentes de liberação de gases (CONANT et al., 2001; BERNOUX et al., 2003). Pastagem quando bem manejadas estocam C enquanto que as degradadas liberam C na forma de CO₂ e amplia o estado de degradação dos solos (CORAZZA et al., 1999; JANTALIA et al., 2007; BAYER et al., 2010). Associados ao manejo, outros fatores ambientais e antrópicos interferem na complexidade do aumento ou redução do estoque de C do solo após a conversão da vegetação nativa do cerrado em cultivos comerciais, como por exemplo, o tipo de solo, o tipo de rotação das culturas, as condições climáticas e a intensidade do cultivo e prática adotada (CARVALHO et al., 2014). De acordo com Machado (2005), os processos responsáveis pelas perdas de carbono no solo são a erosão, a decomposição, a volatilização e a lixiviação. Ao mesmo tempo, os três principais processos responsáveis pelo seqüestro de carbono nos solos são a humificação, a agregação e a sedimentação. Solos arenosos são particularmente sensíveis à perda de carbono após desmatamento e uso antrópico. A implantação de sistemas de uso que recobrem totalmente o solo, como é o caso da pastagem bem manejada, são eficientes em estabilizar o estoque de C em patamares satisfatórios após a conversão, apresentando um ganho superior em relação ao estoque inicial, condição que varia em função do tempo de cultivo (MORAES, 1991).

O Triângulo Mineiro (MG) é uma região de produção agrícola que faz uso de tecnologias de produção modernas que reflete o conjunto de políticas governamentais e do setor privado que transformou o Cerrado e inseriu o Brasil no mercado globalizado de commodities a partir da década de 1970 (JEPSON, 2006). A mais recente base de dados disponível (Censo Agropecuário, IBGE, 2006) indica que, apesar do aumento expressivo de cultivos temporários, a pastagem continua a ser uma atividade econômica importante em extensão de área e rendimento dentro do espaço rural do Triângulo Mineiro. A microrregião de Uberlândia é tradicionalmente ligada à pastagem. No entanto, as condições geológicas do solo e as condições climáticas se constituem em fatores determinantes que podem acelerar a degradação dos solos, especialmente a erosão em sulcos, quando a pastagem não é manejada adequadamente.

O objetivo deste trabalho foi comparar as mudanças dos atributos do solo e a incorporação de C em áreas recobertas com Cerrado arbóreo natural e pastagem cultivada com 30 anos de implantação incluindo, ainda, um sistema misto e complexo representativo na região, com uma área convertida inicialmente ao uso agrícola e nos últimos 15 anos pastagem.

A facilidade em estocar ou perder o carbono do solo pode estar associada à variação no teor e distribuição do tamanho das partículas finas (FELLER; BEARE, 1997; BAI et al., 2012). Na área de pesquisa, a quantidade de areia, silte e argila variaram de acordo com o uso e/ou ocupação estabelecida, inclusive nas profundidades em que o solo foi coletado (Tabela 01). Embora a textura seja considerada um atributo constante a médio e longo prazos, variações como as ocorridas podem acontecer em função da ação erosiva geológica e antrópica já que a classe textural e a estrutura granular pequena facilitam o processo, mesmo em relevo pouco movimentado.

Os solos sob sistemas agropecuários (Agric+P15 e P30) possuem constituição relativamente mais arenosa do que o solo sob Cerrado. Em CN, o teor médio de areia na profundidade de 0-15 cm foi de 75,7%. Em Agric+P15, o teor médio de areia nessa mesma profundidade foi de 82,5%; e em P30 de 83,4% (Tabela 01). A conversão do cerrado para um uso antropizado, com mecanização para o preparo do solo em sua fase inicial, bem como a prática da calagem e adubação favoreceu a redução na estabilidade dos agregados com movimentação de argila (ADA) tanto verticalmente (Tabela 01) quanto horizontalmente por escoamento superficial. É comum na região do Triângulo Mineiro precipitações superiores a 50 mm h^-1, valor este muito superior a capacidade de infiltração pelo solo, mesmo para os Latossolos. Desse modo, o solo antropizado com sistemas cultivos resultou em diminuição dos teores de argila na superfície e consequentemente na capacidade de acúmulo de carbono.

Tabela 01
Granulometria em solos sob [1] Cerrado, [2] Agricultura + Pastagem 15 anos, e [3] Pastagem com 30 anos de implantação – Município de Uberlândia (MG), 2012

A tabela 02 apresenta os valores de porosidade total indicando que somente na área sob Cerrado natural (CN) existe diferença estatisticamente significativa entre as três profundidades analisadas. Para as demais áreas, os valores encontrados não diferem entre si até a profundidade de 60 cm. O comportamento para a mesma variável de estudo (Pt) na profundidade de 0-15cm, permite afirmar que os valores encontrados em área sob Cerrado natural diferem daqueles encontrados nas demais áreas, apesar de alguma semelhança entre as áreas sob CN e Agric+P15. Resultados similares, em solo cultivado, foram obtidos por Silva e Ribeiro (1992).

Em relação a Ma, não houve diferença significativa entre os valores encontrados. Já em relação à Mi, houve um decréscimo no volume de microporos nas áreas cultivadas (0,09 e 0,10 cm³.cm^-3 em Agric+P15 e P30, respectivamente) em relação aos solos sob CN (0,14 cm³.cm^-3) sugerindo migração vertical de argila uma vez que este parâmetro é fortemente influenciada pela textura e pelo teor de carbono orgânico e muito pouco influenciada pelo aumento da densidade do solo (ARAÚJO et al., 2004; REINERT; REICHERT, 2006).

Tabela 02
- Porosidade total (Pt), Macroporosidade (Ma) e Microporosidade (Mi) (cm3 cm-3) de um Latossolo sob [١] Cerrado, [٢] Agricultura + Pastagem ١٥ anos, e [٣] Pastagem com ٣٠ anos de implantação – Município de Uberlândia (MG), ٢٠١٢(1)

⁽¹⁾ Médias seguidas da mesma letra minúscula na vertical e maiúscula na horizontal, não diferem entre si pelo teste de Tukey (probabilidade < ٠,٠٥); ⁽²⁾ Áreas, onde, CN = Cerrado natural; Agricultura+P١٥ = Uso agrícola e ١٥ anos de Pastagem; P30 = Pastagem há 30 anos; ⁽³⁾ Profundidades de coleta das amostras de solos para cada área de interesse.

Valores mais elevados de porosidade total foram encontrados na área de CN, sendo de 0,39 cm³.cm^-3, enquanto que os sistemas agropecuários apresentaram menores valores, 0,361 cm³.cm^-3 e ٠,٣٦٤ cm³.cm^-3, respectivamente para as áreas de Agric+P١٥ e P٣٠ (Tabela 02), podendo ser atribuídos ao não revolvimento do solo no CN e ao incremento nos teores de argilas nos sistemas antropizados aliado à ausência de rotação de culturas com sistema radicular mais profundo. É reconhecido que as práticas de manejo refletem na forma e frequência dos poros em razão do estresse imposto e da mudança da população de microorganismos e são passíveis de serem identificadas em profundidade, no espaço e no tempo, com redução no sequestro de carbono pelos solos (KAY; VANDENBYGAART, 2002).

Porém, de forma geral, em todos os tratamentos, foram encontrados bons valores de porosidade total, ou seja, valores próximos à 40%, visto que um solo ideal deve apresentar 50% de volume de poros totais que, na capacidade de campo, teria 33,5% ocupado pela água e 16,5% ocupado pelo ar (CAMARGO; ALLEONI, 1997).

As áreas estudadas apresentaram variações nos valores de densidade do solo (Ds), indicando que houve efeito do manejo e/ou adubação sobre este atributo. O uso antrópico aumentou a compactação do solo, especialmente na pastagem que apresentou o maior valor de Ds (Tabela 03). Os resultados encontrados estão de acordo com os obtidos por Islam e Weil (2000), que constataram um valor médio da Ds significativamente maior em área cultivada comparada com solo sob floresta natural. Sanches et al. (1999) constataram que, independentemente da posição de amostragem, a Ds foi maior no sistema cultivado do que no solo sob mata nativa.

O uso principal da densidade do solo é como indicador da compactação, sendo medidos pelas alterações da estrutura e porosidade do solo. A densidade do solo tende a aumentar com o aumento da profundidade no perfil, isto se deve, provavelmente, ao menor teor de matéria orgânica, menor agregação, pouca quantidade de raízes e compactação causada pela massa das camadas superiores (REINERT; REICHERT, 2006).

Tabela 03
Densidade (Ds, em g cm-3) de um Latossolo sob [١] Cerrado, [٢] Agricultura + Pastagem ١٥ anos, e [٣] Pastagem com ٣٠ anos de implantação – Município de Uberlândia (MG), ٢٠١٢(1)

⁽¹⁾ Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si pelo teste de Tukey (probabilidade < ٠,٠٥); ⁽²⁾ Áreas, onde, CN = Cerrado natural; Agricultura+P١٥ = Uso agrícola e ١٥ anos de Pastagem; P30 = Pastagem há 30 anos.

No solo sob pastagem há 30 anos (P30), em função do longo tempo de pisoteamento do gado e do não revolvimento do solo, verificou-se um elevado valor de densidade (1,61), evidenciando que se trata de um solo mais compactado se comparado às demais áreas (1,51 e 1,59 em Agric+ P15 e P30, respectivamente) (Tabela 03). Segundo Leão et al. (2004), o pisoteio animal em toda a superfície e, às vezes, repetidamente no mesmo local promove consideráveis alterações físicas no solo. Na literatura, são mencionados valores de pressão que variam entre 0,25 e 0,49 MPa para bovinos de 100 a 500 kg, podendo atingir a profundidade de 5 a 10 cm (PROFFITT et al., 1993). O aumento dos valores de densidade em solos sob sistemas agropecuários é também uma resposta do solo arenoso e pouco estruturado à retirada da vegetação nativa. O valor mínimo de Ds foi encontrado em solo sob vegetação nativa de Cerrado.

A substituição da vegetação nativa por sistemas cultivados provoca alterações também nos teores de carbono do solo. O valor médio de % C determinado entre 0-15 cm para as diferentes áreas se difere estatisticamente dos valores aferidos nas profundidades de 15-30 cm e 30-60 cm. Observa-se que nos primeiros 15 cm, os solos sob vegetação nativa de Cerrado apresentaram teores mais elevados de C em relação aos solos sob sistemas agropecuários. Aumentos no teor de matéria orgânica, notadamente na camada superficial do solo, têm sido associados a sistemas com o mínimo revolvimento do solo (REEVES, 1997 apud TORMENA et al., 2004). À medida que a profundidade aumenta, entre ٣٠ e ٦٠ cm, percebe-se uma aproximação nos valores dos teores de C tanto em solos sob vegetação nativa de Cerrado, como em solos sob sistemas cultivados (P٣٠ e Agric+P١٥) (Tabela 04).

Tabela 04
Teor de Carbono (%C, em g/100g) de um Latossolo sob [1] Cerrado, [2] Agricultura + Pastagem 15 anos, e [3] Pastagem com 30 anos de implantação – Município de Uberlândia (MG), 2012(1)

⁽¹⁾ Médias seguidas da mesma letra minúscula na vertical e maiúscula na horizontal, não diferem entre si pelo teste de Tukey (probabilidade < ٠,٠٥); ⁽²⁾ Áreas, onde, CN = Cerrado natural; Agricultura+P١٥ = Uso agrícola e ١٥ anos de Pastagem; P30 = Pastagem há 30 anos; ⁽³⁾ Profundidades de coleta das amostras de solos para cada área de interesse.

O valor médio de % C aferido nos perfis de solos sob vegetação nativa de Cerrado é estatisticamente semelhante ao valor médio verificado nos perfis de solo sob pastagem cultivada há 30 anos. Os valores encontrados nos perfis de solo sob Agric+P15 difere das demais áreas analisadas. Este comportamento evidencia a estabilidade do teor de carbono ao longo do tempo, visto que os valores obtidos para a pastagem cultivada há 30 anos se assemelha estatisticamente aos % C encontrados em solos sob vegetação nativa.

Valores mais elevados de %C em solo sob vegetação de Cerrado podem ser atribuídos ao não revolvimento do solo, permitindo a manutenção do estoque de carbono provenientes da queda de folhas e material vegetal. Em P30 verifica-se valores próximos àqueles aferidos para CN, tanto em superfície quanto em subsuperfície, o que também pode ser justificado pelo não revolvimento do solo ao longo desses 30 anos de implantação e cultivo da pastagem. O solo sob sistema misto (Agric+P15) apresentou os menores valores de %C em todas as profundidades, o que pode estar associado a dinâmica de uso e ao revolvimento existente neste solo, tendo em vista que no início da década de 90 foi feita a sistematização (nivelamento) do terreno, a correção, aração e gradagem do solo para o estabelecimento do cultivo de arroz e soja. Após 4 anos de cultivo que foi incorporada a pastagem. A diferente dinâmica de uso dos solos analisados justifica a variação nos valores de %C (Tabela 04).

A textura do solo também reflete no resultado do %C. Os solos sob sistemas cultivados (Agric+P15 e P30) possuem constituição relativamente mais arenosa do que o solo sob Cerrado. Em CN, o teor médio de areia na profundidade de 0-15 cm foi de 75,7%, em Agric+P15 de 82,6%; e em P30 de 83,4%. Os solos arenosos e o não desenvolvimento da macroestrutura são fatores que contribuem para a diminuição da taxa de C. É conhecido que parte da MOS está protegida nos macroagregados, em uma taxa de 10% em solos cultivados e 19% em solos não cultivados segundo Beare et al. (1994). Esta capacidade se eleva com o aumento do teor de argila e ausência de cultivo assim como com a freqüência na qual os agregados são susceptíveis de serem destruídos in situ pelo cultivo ou ainda em relação à sua intrínseca estabilidade em água (BALESDENT; CHENU; BALABANE, 2000).

As áreas recobertas pela vegetação de Cerrado foram e continuam sendo substituídas principalmente por sistemas agrícolas e pastagens. A conversão da vegetação nativa de Cerrado em sistemas cultivados promove modificações nos atributos físicos, nos teores de matéria orgânica e no estoque de carbono no solo.

Os valores de porosidade total diminuíram e a densidade do solo aumentou mediante a conversão para sistemas agropecuários, quando comparados aos valores determinados para solos sob vegetação nativa.

No solo sob sistema misto (Agric+P15) houve um empobrecimento de teor de carbono (C%) especialmente em superfície se comparado à área sob vegetação nativa de Cerrado. No entanto, o solo recoberto com pastagem há 30 anos apresentou valores mais próximos daqueles encontrados na área sob vegetação nativa, tanto em superfície quanto em subsuperfície, o que evidencia a estabilidade do teor de carbono ao longo do tempo.

A CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela concessão da bolsa de doutorado-sanduíche (processo nº 1501/2014-03), ao IRD (Institut de Recherche pour le Développement) e ao laboratório UMR Eco&Sols pela oportunidade da realização do estágio. Ao Sr. Christian R. Hacker por autorizar a pesquisa em sua propriedade e fornecer todas as informações sobre a rotina de uso e manejo do solo.